Regenerative-Energien-Fachbegriffe

Begriff

Definition

Abschattungseffekt

Dieser tritt auf, wenn Hindernisse (Bäume, Hügel, Bauten etc.) "Wind wegnehmen". Dadurch können die Windenergieanlagen nicht die volle Leistung liefern. Daher ist die Wahl des richtigen windhöffigen Standorts bei der Projektierung eines Windparks von entscheidender Bedeutung.

Absorber

(lat.: Aufnehmer) Der wichtigste Teil des Kollektors nimmt die einfallende Sonnenstrahlung über eine Trägerflüssigkeit (Wasser + Frostschutzmittel) auf. Diese wird erwärmt und zirkuliert zwischen Kollektor und Speicher. Ein hoher Wirkungsgrad wird durch die Verwendung schwarzer Absorber oder, noch besser, durch selektive Beschichtung erreicht.

Absorption

Im Absorber wird die einfallende Strahlung von einer Flüssigkeit oder einem Gas aufgenommen (absorbiert) und in Wärme umgewandelt. Die so gewonnene Energie wird über den Solarkreis zum Speicher oder anderen Wärmeabnahmestellen transportiert. Selektive Beschichtungen aus Schwarzchrom oder -nickel reduzieren die Abstrahlverluste: Die kurzwelligen Sonnenstrahlen dringen zum Absorberboden ein, die langwelligen Wärmestrahlen, die der Absorber an die Umgebung abgibt, werden jedoch minimiert. Selektiv beschichtete Absorber weisen Abstrahlverluste von 10 - 40 % auf. Bei nur geringen Einbußen des Wirkungsgrades können für die Beschichtung auch Farben wie Gold oder Blau verwendet werden.

Assynchrongenerator

Die derzeit am häufigsten eingesetzten Windenergiegeneratoren sind Assynchrongeneratoren. Durch eine Relativbewegung (Schlupf) zwischen Läufer und umlaufenden Statorfeld wird ein elektrisches Feld induziert und so eine Spannung in der Läuferwicklung hervorgerufen. Das damit verbundene Magnetfeld des Läufers ergibt in Wechselwirkung mit dem Statorfeld die Kraftwirkung auf den Läufer.

BHKW (Blockheizkraftwerk)

Ein Blockheizkraftwerk besteht aus einem stationären Motor, der nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung sowohl elektrischen Strom als auch Wärme produziert. Die Effektivität von BHKWs beruht auf der Nutzung der Abwärme, die in anderen Kraftwerken über das Kühlwasser ungenutzt in Flüsse geleitet wird. Der hohe Wirkungsgrad der Blockheizkraftwerke macht beträchtliche Energieeinsparungen möglich. Betrieben werden BHKWs entweder mit Gas, Öl oder Holz (Holzvergasung), aber auch mit Raps-Methyl-Ester (RME). BHKWs arbeiten im Gegensatz zur Solartechnik nicht nur mit regenerativen Energien, spielen aber eine wichtige Rolle im Rahmen der optimalen Nutzung fossiler Brennstoffe und der Energieeinsparung.

Biomasse

Regenerative Energieart, bei der Energie (Elektrizität, Wärme) aus Verbrennungs- und Vergasungsprozessen von organischen Substanzen, wie beispielsweise Altholz, Futtermittelabfälle, Gülle etc. gewonnen wird.

CIS-Zellen

Dünnfilm-Solarzellen aus mehreren Schichten von unterschiedlich dotiertem Kupfer-Indium-Diselenid (CIS). Vorteile der CIS-Zelle: weniger Materialverbrauch, hoher Wirkungsgrad, preiswerte Fertigung. CIS-Zellen sind die Dünnschichttechnologie, die als besonders stabil gilt. Sie zeigen im Vergleich zu amorphem Silizium keine "intrinsischen" Degradationsmechanismen. Inzwischen werden die Module industriell gefertigt.

Energetische Amortisation

(Energierücklaufzeit oder auch Erntefaktor)
Die Zeitspanne, die eine Solaranlage benötigt, um soviel Energie zu erzeugen, wie für ihre Herstellung benötigt wurde. Marktübliche thermische Solaranlagen amortisieren sich nach etwa 4 Jahren - ihre geschätzte Lebensdauer liegt zwischen 25 bis 30 Jahren. Die Energierücklaufzeiten von Photovoltaikanlagen sind vergleichbar: PV-Anlagen auf der Basis von amorphem Silizium haben laut einer Studie der TU Berlin eine energetische Amortisationszeit von 17 bis 41 Monaten. Kraftwerke, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, können sich nicht energetisch amortisieren, da ständig weitere Brennstoffe verbraucht werden.

Generator

Lat.: Erzeuger. Generatoren wandeln andere Energieformen in Strom um. In der Solartechnik wird nur die Gesamtheit der zusammengeschalteten Photovoltaik-Module als Generator oder Solarkraftwerk bezeichnet.

Gondel

Die Gondel befindet sich auf dem Turm der Windenergieanlage und beinhaltet den Maschinenbereich sowie die Elektronik. Die Gondelverkleidung schützt vor Witterungseinflüssen und wirkt schalldämmend.

Kollektor

wandelt mittels eines Absorbers die Sonnenstrahlung in Wärme um, die für Heizung, Brauchwassererwärmung oder thermische Lüftung genutzt werden kann. Sonnenkollektoren sind neben Speicher und Regelung die wichtigste Komponente einer thermischen Solaranlage

kWh

Abkürzung für Kilowattstunde.
1 kWh = 1000 Watt über den Zeitraum von einer Stunde.

kWp

Abkürzung für Kilowatt-Peak (Spitzenleistung)

Nabenhöhe

Die Nabenhöhe misst man vom Turmfuß einer Windenergieanlage bis zur Gondel, und zwar an der Verbindung von Rotorblättern zur Rotorwelle (Nabe/Horizontalachse) etwa in Höhe der Gondelmitte.

Netzverlust

Netzverluste sind Energieverluste, die bei der Energieübertragung entstehen. Je kleiner der Querschnitt des Leiters und je höher der Stromfluss durch den Leiter ist, desto höher sind die Wärmeverluste.

Offshore

Frei aus dem Englischen übersetzt, bedeutet Offshore "auf dem Meer". Damit werden alle Windparks bezeichnet, die auf dem Meer liegen. Offshore-Windparks zeichnen sich durch eine höhere Leistung aus, weil sich die Windkraft über die ebene Fläche von Meeren sehr gleichmäßig und stark entfalten kann. Die Abschattungseffekte sind minimal. In Deutschland eignen sich Ost- und Nordsee für Offshore Windparks. In den kommenden Jahren sind mehrere Offshore-Windparks projektiert. Voraussichtlich im Jahr 2002/2003 wird der erste Offshore-Windpark in Betrieb gehen. In Europa sind ausschließlich in Dänemark Offshore-Windparks in Betrieb.

OptiSlip

Diese Generatortechnik ermöglicht dem Triebstrang der Windenergieanlage eine Drehzahländerung von bis zu 100 Prozent bei plötzlichen Windböen. OptiSlip trägt zur Optimierung der Stromqualität bei und vermindert die Belastung aller Anlagenteile.

OptiTip

Das microprozessorgesteuerte Pitchregelungssystem OptiTip sorgt für bestmöglichen Anstellwinkel der Rotorblätter zum Wind. Dadurch erreicht man eine optimierte Leistungsfähigkeit bei geringer Geräuschentwicklung.

Paneel

(Engl.: panel): zusammengeschaltete Solarmodule. Alle Module zusammen bilden den Generator.

Parkwirkungsgrad

Der Parkwirkungsgrad beschreibt die zu erwartende Abschattungseffekte bei Windparks und die damit verbundene Beeinflussung des Energieertrages in Prozent (Verminderung des Energieertrages im Vergleich zur Einzel-Windenergieanlage).

Peakleistung

Die elektrischen Werte einer Solarzelle - und damit des gesamten Generators ändern sich entsprechend der Rahmenbedingungen, insbesondere der Beleuchtungsintensität. In der Photovoltaik wird die maximal mögliche Leistung eines Solargenerators bei Standardbedingungen als Peak-Leistung definiert, sie wird in Watt gemessen und als Wp (Watt, Peak) angegeben. Als Standardbedingung wird eine optimale Sonneneinstrahlung von 1000 Watt pro Quadratmeter angesetzt, die in Deutschland in den Mittagsstunden eines schönen Sommertages erreicht wird. Die Peak-Leistung - manche Hersteller bezeichne diese auch als "Nennwert" basiert also auf Messungen unter optimalen Bedingungen. Die Nennleistung ergibt sich aus dem Produkt der Nennspannung und des Nennstroms. Mehr Aufschluss über die Eigenschaften einer Solarzelle oder eines Generators gibt die Strom/Spannungs-Kennlinie (s. Abb.)
Wichtig für die Planung einer Anlage ist der (Umwandlungs-) Wirkungsgrad, der angibt, welcher Teil der Strahlungsenergie in nutzbaren elektrischen Strom verwandelt wird.

Performance Ratio

Unter "Performance Ratio" versteht man in der Photovoltaik das Verhältnis von Nutzertrag und Sollertrag einer Anlage. Die Performance Ratio einer Photovoltaikanlage ist der Quotient aus dem Wechselstromertrag und dem nominalen Ertrag an Generatorgleichstrom. Sie gibt an, welcher Anteil des vom Generator erzeugten Stroms real zur Verfügung steht. Leistungsfähige PV-Anlagen erreichen eine Performance Ratio von über 70%. Die Performance Ratio wird oft auch als Qualitätsfaktor (Q) bezeichnet. Solarmodule auf der Basis von kristallinen Zellen erreichen einen Qualitätsfaktor von 0,85 bis 0,95, netzgekoppelte Anlagen liegen im Durchschnitt bei 70 bis 75 %.

Photovoltaik

Erzeugung von elektrischem Strom aus Sonnenenergie. In Solarzellen, meist aus Silizium, werden unter Zufuhr von Licht oder Wärme positive und negative Ladungsträger freigesetzt (Photoeffekt) und so Gleichstrom erzeugt, der direkt Motoren antreiben oder Akkus aufladen kann. Soll Sonnenenergie auch zum Betrieb von Verbrauchern mit 230 Volt Wechselspannung genutzt oder ins öffentliche Netz eingespeist ("verkauft") werden, wird ein Wechselrichter benötigt.
Vorteile der Photovoltaik sind die saubere, "ökologische”" Stromerzeugung und die Möglichkeit, Verbraucher unabhängig vom Stromnetz zu betreiben (Insellösung), z.B. im Wochenendhaus, in Gärten und Parks oder zur Beleuchtung von Wartehäuschen. Als wesentlicher Nachteil werden die - im Vergleich zur Solarthermie - relativ hohen Kosten bewertet, das Preis-Leistungsverhältnis muss bei PV-Anlagen stets beachtet werden.

Pitchregelung

Die aktive Blattverstellung (pitch) beeinflusst den Auftrieb des Rotorblattes der Windenergieanlage durch kontinuierliche Änderung des Blattanstellwinkels. Die aktive Blattverstellung erfordert höheren mechanischen Aufwand als der passive Strömungsabriss (stall).

Referenzstandort

Die Förderung von Windkraftanlagen durch das Energie-Einspar-Gesetz ist nach Ablauf der ersten 5 Jahre von der durchschnittlichen Jahreswindgeschwindigkeit der einzelnen Anlage abhängig. Dabei wird als Bemessung ein sogenannter Referenzstandort (durchschnittlicher deutscher Standort) mit einer Windgeschwindigkeit von 5,5 m/s, gemessen in 30 Metern Höhe, zugrunde gelegt.

Regenerative Energien

Als regenerative oder erneuerbare Energien bezeichnet man die Energiequellen oder Energieträger, die sich auf natürliche Weise in menschlichen Zeitmaßstäben erneuern. Sie stehen im begrifflichen Gegensatz zu fossilen (Kohle, Erdöl, Ergas) und atomaren (Uran) Energieträgern, die sich im Laufe von Jahrmillionen in geologischen Prozessen gebildet haben. Die Erdwärme kann zwar nicht zu den regenerativen Energien gezählt werden, ihre Nutzung wird ihnen aber gleichgestellt.
Regenerative Energien sind auf die Sonnenstrahlung zurückzuführen: Wind, Wasserkraft und Biomasse. Die Sonnenstrahlung wird direkt durch Kollektoren gewonnen, Wind durch Rotoren, Wasserkraft durch Strömungs- und Gezeitenkraftwerke. Energie aus Biomasse wird durch Verbrennung (Holz) oder Vergärung bzw. Vergasung (Silage, Gülle) gewonnen.
Regenerative Energien stehen überall zur Verfügung und können in einem den jeweiligen Verhältnissen angepassten Energie-Mix genutzt werden. Dies ist ökologisch sinnvoll, sozial verträglich und fördert die wirtschaftliche Flexibilität und Innovation. Das seit April 2000 in Deutschland gültige Erneuerbare-Energien-Gesetz hat zum Ziel, den Anteil regenerativer Energien am gesamten Energieverbrauch bis zum Jahre 2010 zu verdoppeln.

Rückbau

Rückbau ist die Demontage der Windkraftanlage bei Betriebseinstellung. In Höhe der dafür anfallenden Kosten wird vorsorglich eine besondere Rücklage gebildet, die bei Betriebsaufgabe aufgelöst wird.

Solarmodul

Ein Solar- oder PV-Modul besteht aus mehreren aneinander angeschlossenen Solarzellen, die zwischen zwei Glas- oder Kunststoffscheiben eingebettet und so vor Witterungseinflüssen geschützt sind. PV-Module werden in der Regel in einem Rahmen auf dem Dach oder einem Trägergestell montiert. Module werden für Standardspannungen, z.B. für 12 Volt, geliefert.

Solarzelle

In Solarzellen, meist aus Silizium, werden unter Zufuhr von Licht oder Wärme positive und negative Ladungsträger freigesetzt (Photoeffekt) und so Gleichstrom erzeugt, der direkt Motoren antreiben oder Akkus aufladen kann. Soll Sonnenenergie auch zum Betrieb von Verbrauchern mit 230 Volt Wechselspannung genutzt oder ins öffentliche Netz eingespeist ("verkauft") werden, wird ein Wechselrichter benötigt.
Wirkungsgrad einer Solarzelle aus monokristallinem Silizium: etwa 24 % (Labor) bzw.14 bis 17% (Produktion)
Wirkungsgrad einer Solarzelle aus polykristallinem Silizium: etwa 18 % (Labor) bzw. 13 bis 15% (Produktion)
Wirkungsgrad einer Solarzelle aus amorphem Silizium: etwa 13 % (Labor) bzw. 5 bis 7 % (Produktion)

Stallregelung

Der passive Strömungsabriss (stall einer Windenergieanlage) vermindert den Auftrieb und erhöht den Widerstand des Rotorblattes. Bei zunehmenden Wind wird der Anstellwinkel des Blattprofils zum Wind größer, bis die Strömung auf der Oberseite des Profils abreißt.

Stirlingmotor

Der schottische Pfarrer Robert Stirling ließ 1816 einen Heißluftmotor patentieren, dessen Antriebsenergie nicht wie beim Otto- oder Dieselmotor durch Verbrennung innerhalb des Arbeitszylinders erzeugt wird, sondern dem Wärme als Antriebsenergie von außen zugeführt wird. Die beiden miteinander gekoppelten Zylinder des Stirlingmotors sind gasdicht geschlossen und mit einer konstanten Menge Arbeitsgas (Helium) gefüllt. Ein Zylinder wird von außen erhitzt, der andere bleibt kühl. Die Druckdifferenz zwischen beiden Zylindern treibt zwei miteinander verbundene und phasenverschoben arbeitende Kolben an. So kann das gekühlte Gas wieder in den heißen Zylinder geschoben werden, sich dort ausdehnen, den Kolben antreiben und so fort.
Seit sich Forschung und Technik verstärkt mit der Nutzung regenerativer Energien befassen, ist die alte Technik des Heißluftmotors wieder ins Blickfeld geraten. Ein Stirlingmotor kann direkt vom Sonnenkollektor erhitzt werden oder als Motor in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) arbeiten, das Wärme und Strom zugleich erzeugt, arbeiten. Er läuft sauber, geräuscharm, ruhig und wartungsfrei und erreicht schon bei einer elektrischen Leistung ab 1 Kilowatt sehr gute Wirkungsgrade.
Bisher blieb der Heißluftmotor mehr ein Objekt für Tüftler und Bastler als für die industrielle Anwendung. Kleinmotoren für BHKW sind ab 2002 serienmäßig lieferbar. In Kombination mit Solaranlagen und Biomasse-Heizungen gilt der Stirlingmotor als dezentral einsetzbares Elektrizitätskraftwerk der Zukunft.

Abkürzung für die elektrische Spannung, die in Volt angegeben wird.
Leistung (P, gemessen in Watt), Spannung (U, gemessen in Volt) und Strom (I, gemessen in Ampere) sind die wichtigsten Kennzahlen einer PV-Anlage. Sind zwei Werte bekannt, lässt sich für die Leistung von Elektrogeräten aus diesen der dritte Wert errechnen:
Strom = Leistung : Spannung (Ampere = Watt :Volt)
Leistung = Spannung x Strom (W = V x A)
Spannung = Leistung : Strom (V = W : A)
Für die Berechnung der Leistung einer PV-Anlage darf jedoch nicht der Kurzschlussstrom (I kurz) mit der Leerlaufspannung (U leer) multipliziert werden, sondern nur der tatsächliche Strom bei der jeweiligen Gerätespannung - dieser ist leider immer etwas niedriger. Die exakten Werte können der Strom-Spannungs-Kennlinie entnommen werden.

Umspannwerk

Als Umspannwerk bezeichnet man eine Transformator- oder Verteilerstation, an der die Spannungsebene des Windparks auf die Spannungsebene des Energieversorgungsunternehmens (EVU) transformiert - umgesetzt - wird (z.B. von 30 kV/Kilovolt auf 110 kV).

Abkürzung für Volt, die Einheit der elektrischen Spannung. (In englischen Texten auch Formelzeichen für Spannung).
Leistung (P, gemessen in Watt), Spannung (U, gemessen in Volt) und Strom (I, gemessen in Ampere) sind die wichtigsten Kennzahlen einer PV-Anlage. Sind zwei Werte bekannt, lässt sich für die Leistung von Elektrogeräten aus diesen der dritte Wert errechnen:
Strom = Leistung : Spannung (Ampere = Watt :Volt)
Leistung = Spannung x Strom (W = V x A)
Spannung = Leistung : Strom (V = W : A)
Für die Berechnung der Leistung einer PV-Anlage darf jedoch nicht der Kurzschlussstrom (I kurz) mit der Leerlaufspannung (U leer) multipliziert werden, sondern nur der tatsächliche Strom bei der jeweiligen Gerätespannung - dieser ist leider immer etwas niedriger. Die exakten Werte können der Strom-Spannungs-Kennlinie entnommen werden.

Abkürzung für Watt, die Einheit der (elektrischen) Leistung.
Leistung (P, gemessen in Watt), Spannung (U, gemessen in Volt) und Strom (I, gemessen in Ampere) sind die wichtigsten Kennzahlen einer PV-Anlage. Sind zwei Werte bekannt, lässt sich für die Leistung von Elektrogeräten aus diesen der dritte Wert errechnen:
Strom = Leistung : Spannung (Ampere = Watt :Volt)
Leistung = Spannung x Strom (W = V x A)
Spannung = Leistung : Strom (V = W : A)
Für die Berechnung der Leistung einer PV-Anlage darf jedoch nicht der Kurzschlussstrom (I kurz) mit der Leerlaufspannung (U leer) multipliziert werden, sondern nur der tatsächliche Strom bei der jeweiligen Gerätespannung - dieser ist leider immer etwas niedriger. Die exakten Werte können der Strom-Spannungs-Kennlinie entnommen werden.

Abkürzung für Wattstunde: Die (elektrische) Arbeit, die ein Gerät mit einem Watt in einer Stunde verrichtet

Windertragsberechnung

Aufgrund von Referenzanlagen und Windgutachten kann für einen Windpark schon im vorhinein angegeben werden, welche durchschnittliche Windmenge an einem Standort zu erwarten ist. Eine seriöse Windertragsprognose sollte Verluste aus Windschatteneffekte, Reparaturen und Verluste bei der Durchleitung des Stroms durch das Netz berücksichtigen. Der Abschlag sollte ca. 10 % betragen.

Windgutachten

Windgutachten ermitteln, wo sich das Aufstellen der Anlagen lohnt. Windgutachter sollten das Gütesiegel des Deutschen Akkreditierungsrats vorweisen können.

Wirkungsgrad

Verhältnis der nutzbaren zur eingesetzten Energie. Zur Illustration: Herkömmliche Glühbirnen verwandeln etwa 3 - 4 % der eingesetzten Energie in Licht, Photovoltaikanlagen bzw. Solarzellen erreichen derzeit einen Wirkungsgrad von 11 - 17 %, thermische Solaranlagen können zwischen 25 und 40 % der Sonnenstrahlung umwandeln.

Abkürzung für Watt peak, s. Peakleistung (Spitzenleistung)